CN118089653B - 一种免接触的无人机杆塔高程测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种免接触的无人机杆塔高程测量方法，包括以下步骤：S1在杆塔附近位置识别无人机云台拍摄的俯视图像；S2使画面中心点与杆塔顶端中心点重合：S3记录当前无人机获取的坐标和高度；S4无人机以固定速度移动一定时间；S5获取当前位置坐标，使杆塔顶部保持在拍摄画面中；S6通过识别杆塔顶部结果坐标并调整云台角度，再次使画面中心点与杆塔顶端中心点重合以获得最终云台角度；S7根据地球半径计算两次拍照点的实际距离，再通过三角函数计算当前无人机距离杆塔顶端的垂直高度；S8计算得到杆塔的最终高度；该方法可有效获取杆塔塔顶在地心坐标系下的高程信息，以实现基于标准化模型库的孪生电网快速构建。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统无人机巡检技术领域，具体为一种免接触的无人机杆塔高程测量方法。
背景技术
随着电网企业数字化水平的不断提升，监拍视频、电源状态、气象环境等多源数据传感器不断丰富了电网设备状态和环境的立体化感知水平。传统的MIS系统展现形式及设备模型数据的更新频率，已无法满足多源数据可视化、电网状态动态分析、无人机自主巡检航线规划等新兴业务的需要。
虽然当前，三维数字孪生系统由于其多维度的数据展示形式，能较好的解决以上问题。但是，当前三维电网数据更新成本较高、工作量较大，特别是设备高度信息测量效率和难度无法有效满足配电网频繁切改、异动的情况，限制了数字孪生系统的推广应用水平，无法有效发挥多源传感数据可视化分析的能力，电网数字化工作成效无法得到最大程度的发挥。
因此，如何解决上述问题，如何在电网数字化工作中充分发挥三维数字孪生系统优势，便成为本领域人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种免接触的无人机杆塔高程测量方法，该方法可有效获取杆塔塔顶在地心坐标系下的高程信息，辅助电网线路、杆塔模型的准确定位，以实现基于标准化模型库的孪生电网快速构建。
一种免接触的无人机杆塔高程测量方法，包括以下步骤：
S1，人工控制无人机起飞，并飞行至测量目标杆塔附近，调整无人机云台角度为-90°，开启无人机自带配网部件的自动识别功能，识别无人机云台拍摄的俯视图像；
S2，根据识别结果，获取杆塔顶部在图像中的识别结果，并根据识别结果调节无人机飞行位置使画面中心点与杆塔顶端中心点重合：
S3，记录当前无人机获取的坐标(lon，lat)和高度height；
S4，控制无人机向远离杆塔方向，以固定速度s移动一定时间t；
S5，获取当前位置坐标(lon’，lat’)和高度height’，并同步调整云台角度至使杆塔顶部保持在画面中；
S6，通过识别杆塔顶部结果坐标(x5，y5)调整云台角度为γ，再次画面中心点与杆塔顶端中心点重合；获得最终云台角度
S7，根据地球半径R计算两次拍照点的实际距离lc，再通过三角函数计算当前无人机距离杆塔顶端的垂直高度hc；
lc＝R*arccos(sin(lat)*sin(lat′)+cos(lat)*cos(lat′)*cos(lon-lon′))
S8，计算得到杆塔的最终高度ht：
ht＝height′-hc。
优选的，步骤S2中，已知相机传感器大小为l*w，有效焦距为d，视角分辨率为4000*3000；根据识别结果的左上顶点坐标(x1，y1)和右下角顶点坐标(x2，y2)。
优选的，步骤S2在具体执行时还包括以下子步骤：
S2.1，计算杆塔顶部中心点相对于图像中心的坐标；
S2.2，根据图片中杆塔顶部占整个图片的比例，计算杆塔顶部在传感器的成像大小；
S2.3，根据相机成像原理，结合预设杆塔顶部直径r，估算无人机距离杆塔的垂直高度；
S2.4，根据成像原理计算在杆塔高度拍摄的范围，即L*W；
S2.5，根据杆塔顶部中心点坐标计算无人机距离杆塔的距离，分别沿无人机当前方向和垂直于当前方向进行计算，得到两个方向的距离X和Y；
S2.6，无人机移动过程中可以通过间隔固定时间获取两个点的数据(x3，y3)和(x4，y4)，计算当前距离目标点的距离(x”，y”)并通过两点间移动的距离xm，计算xm与x”的和与原计算结果X是否一致，偏差较大时进行移动距离修正；
S2.7，按上述步骤飞至杆塔正上方，使画面中心点与杆塔顶端中心点重合。
本发明的优点和技术效果是：
本发明的一种免接触的无人机杆塔高程测量方法，可采用具备差分定位模块的多旋翼无人机作为测量工具，测量工具通过无线手柄与地面控制器进行实时通讯，地面控制器内置“电线杆塔塔顶”视觉识别模型用于辅助目标定位。同时本发明还提供了一种无人机的免接触式目标高程测量算法。可免除作业人员到达测量部位进行测量，提升作业效率，极大节省电网杆塔三维空间位置测量及模型构建的成本，减少测量杆塔三维空间位置所需的专业化测量设备的需求，提升可推广性。
附图说明
图1为本发明中杆塔塔顶高度预估算法示意图。
图2为本发明中杆塔塔顶高度准确测量算法示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。
本发明的一种免接触的无人机杆塔高程测量方法，具体包括以下步骤：
S1，由无人机飞手，手动控制无人机起飞，并控制无人机飞至待识别目标杆塔附近，调整无人机云台角度为-90°，开启配网部件自动识别功能。
S2，根据识别结果，首先获取杆塔顶部的识别结果。已知，无人机搭载相机的传感器大小为(l*w),相机的有效焦距为d。假设无人机的视角分辨率为4000*3000，识别杆塔顶部结果的左上顶点坐标为(x1，y1)，右下角顶点坐标为(x2，y2)。
S2.1，计算杆塔顶部中心点相对于图像中心的坐标：
S2.2，根据图片中杆塔顶部占整个图片的比例，计算杆塔顶部在传感器的成像大小：
S2.3，根据相机成像原理，集合预设杆塔顶部直径r，估算无人机距离杆塔的垂直高度：
S2.4，根据成像原理计算在杆塔高度拍摄的范围(L*W)：
S2.5，根据杆塔顶部中心点坐标计算无人机距离杆塔的距离,因为无人机的移动控制需要沿无人机当前方向和垂直于当前方向分别进行，所以分别计算两个方向的距离，即沿无人机当前方向距离(X)，沿垂直于无人机方向的距离(Y)。
S2.6，如图1，无人机移动过程中可以通过间隔固定时间获取两个点的数据(x3，y3)(x4，y4)，计算当前距离目标点的距离(x”，y”)，并通过两点间移动的距离xm，计算xm与x”的和与原计算结果X是否一致，偏差较大时进行移动距离修正。
S2.7，按上述步骤飞至杆塔正上方，即在云台-90度的前提下，使画面中心点与杆塔顶端中心点重合。
S3，记录当前无人机在A点的坐标(lon，lat)和高度(height)。
S4，控制无人机向后以固定速度s移动一定时间t。
S5，获取当前无人机在B点的坐标(lon’，lat’)和高度(height’)，并同步调整云台角度至使杆塔顶部保持在画面中。
S6，通过识别杆塔顶部结果坐标(x5，y5)调整云台角度为(γ)，再次画面中心点与杆塔顶端中心点重合。获得最终云台角度
S7，如图2，根据地球半径R及A、B点坐标计算两次拍照点的实际距离(lc)，再通过三角函数计算当前无人机距离杆塔顶端的垂直高度(hc)。
lc＝R*arccos(sin(lat)*sin(lat′)+cos(lat)*cos(lat′)*cos(lon-lon′))
图2中：
S8.计算杆塔高度(ht)：
ht＝height-hc。
最后，本发明的未述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (1)
1.一种免接触的无人机杆塔高程测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，人工控制无人机起飞，并飞行至测量目标杆塔附近，调整无人机云台角度为-90°，开启无人机自带配网部件的自动识别功能，识别无人机云台拍摄的俯视图像；
S2，根据识别结果，获取杆塔顶部在图像中的识别结果，并根据识别结果调节无人机飞行位置使画面中心点与杆塔顶端中心点重合；
所述步骤S2中，已知相机传感器大小为l*w，有效焦距为d，视角分辨率为4000*3000；根据识别结果的左上顶点坐标(x1，y1)和右下角顶点坐标(x2，y2)；
所述步骤S2在具体执行时还包括以下子步骤：
S2.1，计算杆塔顶部中心点相对于图像中心的坐标；
S2.2，根据图片中杆塔顶部占整个图片的比例，计算杆塔顶部在传感器的成像大小；
S2.3，根据相机成像原理，结合预设杆塔顶部直径r，估算无人机距离杆塔的垂直高度；
S2.4，根据成像原理计算在杆塔高度拍摄的范围，即L*W；
S2.5，根据杆塔顶部中心点坐标计算无人机距离杆塔的距离，分别沿无人机当前方向和垂直于当前方向进行计算，得到两个方向的距离X和Y；
S2.6，无人机移动过程中通过间隔固定时间获取两个点的数据(x3，y3)和(x4，y4)，计算当前距离目标点的距离(x”，y”)，并通过两点间移动的距离xm，计算xm与x”的和与原计算结果X是否一致，偏差较大时进行移动距离修正；
S2.7，按上述步骤飞至杆塔正上方，使画面中心点与杆塔顶端中心点重合；
S3，记录当前无人机获取的坐标(lon，lat)和高度height；
S4，控制无人机向远离杆塔方向，以固定速度s移动一定时间t；
S5，获取当前位置坐标(lon’，lat’)和高度height’，并同步调整云台角度至使杆塔顶部保持在画面中；
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S8，计算得到杆塔的最终高度ht：
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